IGBT的过流保护

13.3IGBT的过流保护3.3.1过流保护的类型IGBT的过电流保护可分为两种类型：一种是过载保护，过载电流为1.2-1.5倍的额定电流；另一种是短路保护，短路电流为8～10倍的额定电流。2不同类型过流保护的特点：对于过载保护，由于过载电流值不大，且电流上升速度较慢，因此不必快速响应，可采用集中式的保护，即检测逆变器直流输入端或直流环节的总电流，当此电流超过设定值之后，输出过载信号，同时封锁逆变装置中所有IGBT驱动器的输入脉冲，使装置的输出电流降为零。对于短路保护，由于短路电流值很大，且电流上升速度很快，加上元器件能够承受过载电流的时间很短，因此必须进行快速响应。要求一旦发生短路，能迅速发出短路保护信号，使装置中的IGBT驱动信号中断，输出电流降为零。33.3.2IGBT短路的类型1.IGBT从断态直接进入短路状态。发生这种短路有两种情况，一是当IGBT开通时,负载早已经短路，且寄生电感很小；二是当器件开通时，另一个半桥的IGBT还没有关断。42.IGBT从正常导通状态进入短路由于短路的电流快速上升，IGBT退出饱和状态。VCE的上升产生流过Miller电容CGC的电流，这个电流在栅极电阻上产生压降，导致IGBT的栅极电压在短路瞬间升高，使短路电流在栅极电压回落到正常值之前出现很大的尖峰。53.3.3IGBT的短路电流特性短路电流特性是IGBT的最重要的特性之一。一般当IGBT驱动电压为15V时，要求短路时间至少为10μs而不损坏器件。1700V及以下电压等级的IGBT短路时，一般短路电流最大值是25℃电流标称值的8-10倍。因此，必须在极短时间内，降低短路电流，并对IGBT进行关断。61.IGBT短路时的输出特性IGBT短路电流大小不仅与电源电压VCC有关，而且与门极驱动电压VGE和结温Ti有关。72.允许短路时间tscIGBT在不损坏的前提下能够承受短路的时间称为允许短路时间tsc,tsc的大小由集电极功耗决定。tsc与饱和压降VCE(SAT)和电源电压VCC的关系:8tsc与短路电流Isc和门极驱动电压VG的关系当IGBT短路时,减小VG可使Isc减小，延长tsc。利用这种特性可以适当延长IGBT短路故障的检测时间。在故障检测时间结束之前，如果故障仍存在，则关断IGBT，切除故障。如果故障消失，则为瞬间“假过流”，电路可以恢复正常工作。9利用降低VG的方法使短路电流减小的波形示意图门极电压VG为15V,发生短路故障时，Isc急剧增加。这时如果将VG降为10V，则短路电流Isc显著减小。在延时搜索时间间隔内，故障消失，则将VG恢复为正常值15V。103.3.4IGBT过流的检测方法（1）VCE检测，也叫退饱和检测，如图3.18(a)所示。当集电极电流IC增大时，饱和压降UCE增大如图。二极管检测到电压升高触发短路保护动作。11（2）电阻检测，是基于集电极电流的检测，电路如图3.18(b)所示。一个检测电阻串联在发射极上，上面产生与故障电流成比例的压降。12（3）VGE检测。检测原理类似于VCE检测，如果栅极电压大于设定值就触发保护电路。这种方法的缺点是只能限制短路电流的峰值，对于静态的短路电流不能起到检测作用。（4）电流变压器检测。这是传统的一种检测方法。原边流过集电极电流，副边输出与集电极电流成比例的电压信号。133.3.5降栅压过流保护方法1.降栅压的作用降栅压指在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维持导通，以延长检测时间，判断电路是否真正发生过流。具体方法是在检测到故障信号后，采用降栅压限制故障电流，将电流限制在一个较小值，降低故障时器件的功率损耗，延长器件抗短路的时间。在这一延时中，若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了电路的抗干扰能力。142.降栅压电路IGBT过流降栅压保护电路如图3.20所示。该电路通过检测集电极电压，即C点电位来进行过流保护。15电路的工作原理：（l）正常工作状态。当MOSFET截止时，B点电压为-15V，IGBT处于关断状态。当MOSFET导通时，F点和B点接通，V4导通，F点、B点电压升到+15V，驱动IGBT开通。此时V5截止。16（2）过流保护状态。当IGBT发生过流时，C点电压升高，E点电压随之升高，当C点电压超过设定值+11V时，Dl截止，E点电压超过+11V，比较器输出高电平，V5管导通，K点电位降为0V，V4管截止，则R6接入回路，使得B点电压降为+10V。既实现了降栅压。栅极电压降低到+10V后，过电流允许时间即可延长到10μs以上17此时V6导通，+15V通过V6和R7给C充电，E点电压继续升高。若IGBT是假过流，C点电位下降，则E点通过Dl放电，电位下降，比较器恢复输出低电平，V5截止，V4导通，将R6短路，B点电位升高到+15V，电路回复到正常驱动状态。若IGBT是真过流，则E点电位持续升高，当超过设定的数值时，输出过流信号。183.3.6软关断过流保护方法1.软关断作用软关断是相对于IGBT的正常快速关断而言，指在过流和短路时，通过软降栅压关断IGBT。如果按正常时的关断速度，就会造成过大，形成很高的尖峰电压，极易损坏IGBT和设备中的其他元器件。因此让IGBT在允许的短路时间内采取措施使IGBT进行“软关断”。让栅极电压按照设定的时间参数较慢地下降。dtLdiC/192.IGBT过流软关断电路当电路发生真正过流时，V6持续导通，+15V通过R7给电容C3充电，E点电位继续升高。当E点电位大于稳压管Z2的值时，V7导通，光耦输出过流信号。主控回路经过延时切断驱动脉冲信号。V7导通后，C4通过R6放电，A点电位逐渐降低，IGBT被慢速关断。